Москва   Третьяковская,
1-ый Кадашевский пер. дом 13, стр.1
                          +7 (495) 649-06-46
+7 (977) 849-06-46
       [ Другие способы связи ]
[круглосуточный телефон]
+7 (495) 649-06-46
[напишите в Telegramm, Viber или WhatsApp]
+7 (977) 849-06-46
Заявка на бесплатную диагностику

Флеш-память (Flash memory)

В настоящее время распространение получил тип флеш-памяти, выдерживающий около 100 тысяч циклов перезаписи, что намного больше, чем аналогичный показатель дискет или CD-RW.

Благодаря небольшим размерам, дешевизне и низкому энергопотреблению флеш-память широко используется в качестве накопителя информации в портативных цифровых устройствах: фотоаппаратах, видеокамерах, мобильных телефонах, MP3-плеерах, диктофонах, КПК, а также смартфонах и коммуникаторах. Также её используют для хранения встроенного программного обеспечения в самых различных устройствах: принтерах, сканерах, маршрутизаторах, модемax, мини-АТС, контроллерах.

В последнее время очень широко распространились USB флеш-накопители (другие называния: «флешка», USB-драйв, USB-диск). Эти накопители практически полностью вытеснили с рынка сменных накопителей дискеты и компакт-диски. Первую флешку под торговой маркой «JetFlash» выпустила тайваньская компания Transcend в 2002 году.

На момент окончания 2008 года главным недостатком, который не позволяет устройствам, в которых в качестве основного устройства для хранения данных является флеш-память, вытеснить с рынка жёсткие диски, является более высокое соотношение цена/объём. У флеш-памяти оно превышает аналогичный параметр жестких дисков в 2-3 раза. Именно по этой причине объёмы флеш-накопителей не настолько велики, хотя работы в этом направлении не прекращаются. Со временем технологический процесс становится дешевле, усиливается конкуренция. Уже есть официальные заявления о выпуске SSD-накопителей имеющих объём более 256 ГБ. А компания OCZ анонсировала в ноябре 2009 года SSD-накопитель ёмкостью имеющий ёмкость 1 ТБ и 1,5 млн циклов перезаписи.

Второй существенный недостаток устройств на базе флеш-памяти, как это ни парадоксально — меньшая, по сравнению с жёсткими дисками, скорость. Несмотря на громкие заявления производителей, что скорость этих устройств выше скорости жёстких дисков, в действительности она ощутимо ниже. Конечно, SSD-накопителю не нужно подобно винчестеру тратить время на разгон, позиционирование головок и прочую механическую работу, но время, затрачиваемое на сам процесс чтения, а тем более записи, ячеек памяти современных SSD-накопителей, больше. В результате, суммарная производительность таких накопителей существенно ниже. Для полноты картины нужно отметить, что самые новые модели SSD-накопителей и скорости чтения/записи вплотную приблизились к жестким дискам, но такие модели ещё слишком дороги.

  Стирание флеш-памяти

Флеш-память хранит информацию в так называемых ячейках (англ. cell), которые представляют собой массив транзисторов с плавающим затвором. В традиционных устройствах используются одноуровневые ячейки (англ. single-levelcell, SLC), каждая из которых может хранить всего один бит. В некоторых новых устройствах используются многоуровневые ячейки (англ. multi-levelcell, MLC), которые способны хранить более одного бита информации. Для этого на плавающем затворе транзистора используется разный уровень электрического заряда.

  NOR

В основе такого типа флеш-памяти лежит логический элемент ИЛИ-НЕ (англ. NOR). Именно этот логический элемент был выбран по причине того, что в транзисторах с плавающим затвором единица кодируется низким напряжением на затворе.

Транзистор имеет два затвора: управляющий и плавающий. Второй из них полностью изолирован и способен удерживать заряд до 10 лет. Так же в ячейке имеются сток и исток. Воздействуя на управляющий затвор, напряжение создаёт электрическое поле, в результате чего возникает туннельный эффект. Часть электронов попадает на плавающий затвор, туннелируя сквозь слой изолятора. Заряд, возникающий на плавающем затворе, меняет проводимость канала сток-исток и его «ширину», что используется при чтении.

Для того чтобы удалить информацию необходимо подать высокое отрицательное напряжение на управляющий затвор. В результате такого воздействия электроны с плавающего затвора переходят (туннелируют) на исток.

В NOR-архитектуре флэш-памяти к каждому транзистору требуется подвести индивидуальный контакт, что сильно увеличивает размеры схемы. Эта проблема решена в NAND-архитектуре.

  NAND

В основе NAND-типа флеш-памяти лежит логический элемент И-НЕ (англ. NAND). Принцип его работы аналогичен предыдущему, а отличается он только размещением ячеек и их контактами. В NAND-архитектуре не требуется подводить к каждой ячейке индивидуальный контакт, а, следовательно, размер и стоимость NAND-чипа можно существенно уменьшить. К тому же в этой архитектуре запись и стирание происходят быстрее. Однако существенным недостатком является невозможность обращения к произвольной ячейке.

Архитектуры NAND и NOR в настоящее время существуют параллельно друг с другом и не конкурируют, поскольку используются в разных областях хранения данных.

  История флеш-памяти

Изобретена флеш-память была в Японии в 1984 году, инженером компании Toshiba Фудзио Масуокой. Название «флеш» было предложено коллегой Фудзио, Сёдзи Ариидзуми. Дело в том, что процесс стирания информации из изобретенной памяти напомнил ему фотовспышку (англ. flash). Масуока в этом же году представил свою разработку на конференции International Electron Devices Meeting (IEDM), проходившей в Сан-Франциско, Калифорния. Компания Intel увидела в изобретении большой потенциал, и в 1988 году ей был выпущен первый коммерческий флеш-чип NOR-типа.

На момент окончания 2008 года, лидерами в области производства флеш-памяти являются две компании: Samsung и Toshiba. Первая имеет 31% рынка, а вторая — 19%, если учитывать совместные заводы с Sandisk.

Разработкой стандартов для чипов флеш-памяти NAND-типа занимается Open NAND Flash Interface Working Group (ONFI). Действующим стандартом считается спецификация ONFI v.1.0, которая была выпущена 28 декабря 2006 года. Группу ONFI поддерживают конкуренты Samsung и Toshiba в производстве NAND-чипов: Intel, Hynix и Micron Technology.

  Характеристики флеш-памяти

В настоящее время существуют модели флеш-памяти, скорость которых может достигать 100 МБ/с. Вообще, флеш-карты имеют довольно большой разброс скоростей, которые принято обозначать в скоростях стандартного CD-привода (150 КБ/с). То есть, если на флеш-памяти указана скорость 100×, это означает 100 × 150 КБ/с = 14,65 МБ/с.

Объёмы флеш-памяти могут составлять от нескольких килобайт до нескольких гигабайт.

Первые NAND-чипы объёмом 1 Гб, выполненные с использованием технологии многоуровневых ячеек, которая позволяет одному транзистору хранить несколько бит (использовался разный уровень электрического заряда на плавающем затворе), были представлены компаниями Toshiba и SanDisk в 2005 году.

Годом позже, компания Samsung представила выполненный по 40-нм технологическому процессу 8-гигабайтный чип.

В конце 2007 года та же Samsung объявила о создании первого чипа флеш-памяти типа NAND с ёмкостью 8 ГБ. Производство чипа проходило с использованием 30-нм технологического процесса. А в декабре 2009 года было объявлено о начале полномасштабного производства подобной флэш-памяти объёмом 4 ГБ (32 Гбит).

Одновременно с этим, в декабре 2009 года, компания Toshiba заявила, что NAND память объемом 64 ГБ уже поставляется некоторым заказчикам и её массовый выпуск начнётся в первом квартале 2010 года.

Чтобы увеличить объём устройств с флеш-памятью, производители часто применяют массив из нескольких чипов. В 2007 году представленные на рынке USB-устройства и карты флеш-памяти имели объём от 512 МБ до 64 ГБ. Самый большой объём, который имело USB-устройство, составлял 4 терабайта.

  Файловые системы

Основным недостатком флеш-памяти является ограниченное количество циклов перезаписи. Эта проблема осложняется ещё и тем, что операционные системы часто записывают информацию в одно и то же место. Так же таблица файловой системы обновляется довольно часто, а, следовательно, первые сектора памяти израсходуют предел циклов перезаписи значительно раньше других. Продлить срок работоспособности флеш-памяти позволяет распределение нагрузки.

Чтобы осуществить такое распределение были созданы специальные файловые системы: JFFS2 и YAFFS для GNU/Linux и exFAT для Microsoft Windows.

Некоторые USB флеш-носители и карты памяти (например, SecureDigital и CompactFlash) имеют специальный встроенный контроллер, который обнаруживает и исправляет ошибки, а так же старается равномерно использовать ресурс перезаписи флеш-памяти. На подобных устройствах специальная файловая система уже не требуется, и применяется обычная FAT.

  Полезные ссылки

  • Если вам необходимо восстановить данные с флешки, то рекомендуем вам ознакомиться с информацией на странице Восстановление данных с Flash-накопителя.
  • Если вы не нашли нужную для вас информацию, вернитесь на главную страницу или оформите Заявку Online, и мы свяжемся с Вами в самые короткие сроки!